秘鲁南部地区斑岩铜矿成控矿特征及示矿标志

秘鲁南部地区斑岩铜矿成控矿特征及示矿标志

1斑岩铜矿成矿地质特征及遥感评价近年来，作为中国的大型固体矿产资源，铜矿的外部依赖性长期达到顶峰（70%）。铜矿的勘探已成为中国乃至世界的勘探热点之一，尤其是斑岩铜矿。由于它是世界上最重要的铜矿类型，其产量占世界铜矿产量的70%以上，主要由大型或大型矿床组成。具有特定的雕刻组合和分区。基于斑岩铜矿蚀变带矿物组合特征,国内外很多学者利用ETM+或ASTER卫星数据开展了针对性的研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13],并提取出与矿区蚀变特征较吻合的铁染和羟基异常,以及细化羟基异常后提取出铝羟基类和镁羟基类蚀变矿物信息,为铜和铜多金属找矿工作提供指示信息。本文在国土资源大调查项目和国家863计划重大项目课题的资助下,利用多源卫星数据,结合区域地质、物探和化探资料,在秘鲁南部开展了基于遥感示矿信息的斑岩铜矿遥感综合调查与评价,较系统地总结了秘鲁南部斑岩铜矿的成矿地质特征,分析了研究区斑岩铜矿蚀变带蚀变矿物组合及其波谱特征,并基于美国地质勘查局(USGS)的标准波谱数据库,重建了蚀变带主要蚀变矿物对应ASTER数据B1～B9的波谱曲线。通过建立特定波段组合的主成分分析模型,可以有效地提取出泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合信息,为研究区斑岩型铜矿的遥感综合评价提供了重要的示矿标志;同时,采用人机交互遥感解译技术,在研究区开展了遥感地质解译与成矿作用分析,结合研究区成矿地质特征确定了斑岩铜矿控矿构造、矿源层与赋矿岩石等示矿信息。最后,基于遥感技术获取的线性与环形控矿构造、矿源层与赋矿岩石、泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合等遥感示矿信息,完成了研究区遥感找矿综合评价,圈定出遥感找矿有利区,经与已知斑岩铜矿床和物化探资料对比,以及高分辨卫星图像佐证,发现遥感评价结果具有很好的效果,为斑岩型铜矿的找矿工作提供重要的指示标志,在研究区取得了很好的效果。下面以秘鲁南部阿雷基帕(Arequipa)斑岩铜矿区为例,介绍斑岩铜矿示矿信息遥感提取方法与遥感综合评价,希望能为广大同仁开拓思路,为斑岩型铜矿找矿工作提供借鉴。2斑岩铜矿床分布研究区位于秘鲁中间山区向西部气候干燥的沿海沙漠区过渡带边缘,海拔在2000m～3000m之间。从ETM+卫星影像图上看(图1),研究区植被不发育,基岩裸露,有利于开展遥感地质工作。构造位置上地处安第斯成矿带北段,区内岩性多样,地质构造复杂,火山岩、侵入岩广泛分布,成矿地质条件优越,是秘鲁主要的斑岩铜矿产分布区域。全秘鲁大致可以分北部、中部及南部3个铜矿带,其中以研究区所处的南部斑岩铜矿带最重要。南部斑岩铜矿带从最南部的托克帕拉矿床往北西延伸长约千余公里,主要矿床有安塔米纳(Antamina)、密执基莱(Michiquilla)、托罗莫乔(Toromocho)、廷塔亚(Tintaya)、塞罗维德(CerroVerde)、夸霍内(Cuajone)、奎拉维科(Quellaveco)和托克帕拉(Toquepala)等十多个大型—超大型的斑岩铜矿床,储量占秘鲁铜矿总储量的97%,这些矿床的铜储量约占世界铜总储量的四分之一。因此,从成矿地质条件上分析,研究区具有良好的斑岩铜矿成矿条件和找矿前景。2.1矿斑岩类型多发生在中—成矿地质构造特征综合分析前人的研究资料,发现研究区内线性构造与斑岩铜矿具有很好的相关性,特别是北西向和北西西向断裂,以及该类断裂与其他近南北向或北东向小断裂的交汇部位在研究区与铜矿成矿作用关系密切;另外,研究区内斑岩铜矿床产出部位和大的构造岩浆活动关系密切。研究区斑岩铜矿矿体的矿源岩石大部分是晚中生代—早新生代的火山岩,而成矿岩体则大多是新生代中、晚第三纪的酸、中性浅成侵入体。这种侵入斑岩的特点是由早期闪长岩、花岗闪长岩及花岗岩组成安第斯山的基体侵入后,进一步演化侵入而成。斑岩类型有花岗斑岩、英安斑岩、石英二长斑岩、粗安斑岩等。斑岩铜矿床产在大面积出露的中—新生代火山岩的基础之上,而含矿斑岩的侵入又是和形成这些大面积分布的火山岩的构造活动密切相关。并且含矿斑岩体的规模较小,如夸霍内铜矿的含矿石英二长斑岩、石英粗安斑岩岩体,面积只有0.5km2,其他如托克帕拉、塞罗维德铜矿的含矿斑岩英安斑岩、二长斑岩及石英二长斑岩等也都是一些分布范围不大的小岩枝或小岩珠。2.2盘岩化蚀变带研究区所处的铜矿成矿带比较典型的是在含矿斑岩的中心及其深部发育钾化蚀变带,蚀变矿物有钾长石、黑云母及绢云母,金属矿物有浸染状黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿及辉铜矿等。这个带往往不含矿,或者虽含矿较富但规模不大。以秘鲁塞罗维德矿床为例,最外带是青盘岩化蚀变带,它围绕着石英绢云母化蚀变带分布,范围较大,主要蚀变矿物有绿泥石、绿帘石、方解石等,还有少量绢云母、石英、硬石膏等,有的矿床还有电气石出现。金属矿物主要是黄铁矿,因此,一般也将该带看作黄铁矿晕的范围。除上述典型的蚀变分带外,还经常有次生泥化带(高岭石-蒙脱石化)、次生黑云母化及硅化带发育。另外,由于南秘鲁斑岩铜矿带地处南半球热带地区,气候炎热干燥,所以后期的次生淋滤作用比较强烈,矿体大多数具有典型的垂直分带。一般在矿体上部普遍可见有红帽(即铁帽,大部分由黄铁矿或赤铁矿被氧化淋滤而成的褐铁矿帽)及绿帽(有铜的硫化物被淋滤氧化而成的孔雀石、硅孔雀石带)。由于研究区具有良好的蚀变分带及其典型的蚀变矿物组合特征,可为找矿工作提供了重要线索,这也是利用卫星数据开展蚀变矿物组合信息提取的重要前提条件。3在刻蚀带中，矿物波谱特征的性质和提取模型3.1青岩石结构及蚀变矿物的识别在研究ASTER数据蚀变矿物信息提取方法的过程中,基于USGS标准波谱数据库,重建了研究区主要蚀变矿物在ASTER卫星数据的反射率曲线(图2),综合分析后发现由绢云母、高岭石、蒙脱石、伊利石和明矾石等组成的泥质岩化和绢英岩化具有在2.2μm有明显吸收谷(对应ASTER数据的B6),在B4有高反射峰,B7有较高反射峰等特征(图2(b))。另外,由绿泥石、绿帘石和碳酸盐化(方解石和白云石)等组成的青磐岩化蚀变矿物在2.3μm附近具有吸收谷,对应ASTER数据Band8(图2(c)),同时具有B4高反射峰以及在B9具有相对较高反射峰特征。而在铁染蚀变矿物对应ASTER的波谱曲线(图2(a))表现出B4对应有相对较高反射峰和B3对应为吸收谷的特征。3.2蚀变矿物主成分分析基于上述研究,综合对比分析了研究区内斑岩铜矿蚀变带主要蚀变矿物在ASTER卫星数据反射率曲线特征,同时参考前人基于多光谱卫星数据遥感蚀变异常主成分分析提取方法,发现构建ASTER数据B1467的主成分分析模型可以提取出白(绢)云母、高岭石、蒙脱石、明矾石和伊利石等泥化-绢英岩化类蚀变矿物组合;而构建ASTER数据B1348的主成分分析模型,同时满足B9的反射率大于B8的反射率(以免提取出的信息包含图2(a)和图2(b)中的蚀变矿物),可以提取出绿泥石、绿帘石和方解石等青磐岩化带蚀变矿物组合。4ster数据蚀变矿物提取流程根据上述研究所构建的矿物组合信息提取模型,利用ENVI4.5图像处理软件在研究区开展ASTER数据蚀变矿物组合信息提取,具体技术流程如图3所示。由于前人对TM/ETM+和ASTER等多光谱蚀变矿物信息提取主成分分析法已做过大量的研究,具体流程中的每个步骤不再一一赘述,这里仅对信息提取结果影响较大的关键点给予介绍,包括数据预处理、特征向量分析和阈值确定。4.1aster传感器检测针对阿雷基帕研究区涉及两景ASTER卫星数据(ID:ASTL1A0607271504480607300378、ASTL1A0606251504410606280231,以下分别简称AST_1和AST_2),从B2、B3和B1(RGB)假彩色合成图上看,两景卫星数据无云、无坏道,纹理清晰,质量良好。由于ASTER传感器设计引起B5对B4和B9具有串扰,使得B4和B9反射率值升高,这里可利用ASTER数据管理与发布官网所提供的Crosstalk3.0软件进行串扰校正;然后,采用FLAASH大气校正模型,参考前人对ASTER数据进行大气校正的相关方法,完成ASTER数据大气校正;最后,根据数据质量和研究区地物特征,对该研究区而言主要消除边框、植被、冰雪和水体(湖和湿地)边缘等引起的干扰,并制作掩膜层。值得注意的是关于边框的去除,由于ASTER传感器可见光-近红外波长区间与短波红外区间成像时间相差1秒,结合传感器探测器设计与卫星飞行轨道特征,采用B3和B7的反射率等于“0”,获取边框与黑边干扰,作为掩膜层去除。4.2b土壤蚀变矿物b7b4利用研究区涉及的两景ASTER数据分别构建B1467主成分分析提取泥化-绢英岩化类蚀变矿物组合信息,在主成分分析处理后获取的特征向量矩阵中(表1)可以看出第4主分量(PC4)具有B7和B4的贡献系数与B6的贡献系数符号相反,而且B6的贡献系数绝对值相对较大的特征,据此判定泥化-绢英岩化类蚀变矿物组合信息应在第4主分量;同时,在构建B1348主成分分析提取青磐岩化带蚀变矿物组合信息时,从获取的特征向量矩阵中(表2)可以看出在第4主分量(PC4)具有B3和B8的贡献系数与B4的贡献系数符号相反的特征,进而判定青磐岩化带蚀变矿物组合信息应在第4主分量。这里应注意:当蚀变矿物组合信息所在主分量B6和B8对应的贡献系数符号为正时,该主分量灰度值越小代表具有蚀变矿物组合信息可能越大。4.3蚀变矿物组合数据库点前人在TM/ETM+数据异常信息提取方法时对阈值的确定做了大量研究,主要是根据试验统计分析得出异常分级的经验值,在本文所用方法的研制过程中,也对数十景TM/ETM+数据和百余景ASTER进行了相应的研究,发现采用1.5σ(1.5倍标准离差,以下类似)、2.0σ和2.5σ确定阈值,切割出的三级蚀变矿物组合信息,与传统经验值所确定的阈值或分级标准基本一致。据此,分别提取出研究区泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合信息,并以ETM+卫星数据B7作为底图分布编制了蚀变带信息分布图(图4)。图中显示在已知CerroVerde和chapi斑岩铜矿矿区具有很好的分级(金字塔型)泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合信息(图5中A区域和B区域);另外,在研究区西南部一环形构造外围(图5中D区域)和一北西向断裂构造附近(图5中E区域)也具有较好的分级泥化-绢英岩化类蚀变矿物组合信息。5遥感结果与分析在开展研究区典型蚀变带蚀变矿物组合信息提取的同时,参考研究区局部地区1∶10万地质图,利用ETM+和ASTER卫星图像完成了研究区遥感地质解译,结合研究区成矿地质特征,发现区内与成矿作用密切的矿源岩石主要为侏罗纪至白垩纪火山岩,侏罗纪至白垩纪的花岗岩类侵入岩为赋矿岩体。基于所获取的线性与环形控矿构造、矿源层与赋矿岩石、泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合等遥感示矿信息,综合评价后圈定出5个遥感找矿有利区(图5)。由于在境外开展遥感调查与评价结果验证仍然是一项较困难的工作,本次研究主要通过与已有矿床对比和高分辨率卫星影像进行互相佐证。从QuickBird高分辨率卫星影像图及遥感解译地质图上,显示在已知赛罗维德矿区(图5中A区域)和查皮斑岩铜矿区(图5中B区域)均分布在北西向断裂以及该组断裂与其他方向断裂交汇部位,地处赋矿岩层,且均具有较好的泥化-绢英岩化和青磐岩化分级蚀变矿物组合信息分布,特别是在赛罗维德矿区蚀变带蚀变矿物组合信息范围与已有大比例地质图中的蚀变带分布基本一致(图6);还有在赛罗维德矿区和查皮斑岩铜矿区之间的一个环形构造中左上角环形构造边缘(图5中C区域),地处环形与线性交叉构造部位,分布有较好的分级(金字塔型)蚀变矿物组合信息,在环形构造边缘已部署了大规模的地面勘探工程(图7(a))。另外,在研究区西南部(图5中D、E区域),分别在环形构造外围南部边缘围岩(图7(b))和北西向断裂附近分布有较好的分级蚀变矿物组合信息。经综合分析认为这些部位均为遥感找矿有利地段,其中遥感找矿有利区图5中A和B与已知斑岩铜矿床矿区蚀变带吻合,C区已经在开展地面勘探工作,D和E区推测为斑岩铜矿找矿有利区。6斑岩铜矿遥感地质评价工作方面,主要特点有本文基于美国地质勘查局(USGS)的波谱数据库,重建了斑岩铜矿典型蚀变带主要蚀变矿物反射率数据在ASTER数据对应的波谱曲线,综合分析了泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合信息提取的可行性,利用遥感技术方法分别提取出研究区线性与环形控矿构造、矿源层与赋矿岩石、泥化-绢英岩化类和青磐岩化带蚀变矿物组合等遥感示矿信息,并基于遥感示矿信息开展了遥感找矿综合评价,圈定出研究区遥感找矿有利区。通过境外斑岩铜矿遥感找矿评价技术研究得出如下两点主要认识:(1)利用ASTER数据B1467的主成分分析模型可以提取出白(绢)云母、高岭石、蒙脱石、明矾石和伊利石等泥化-绢英岩化类蚀变矿物组合信息;构建ASTER数据B1348的主成分分析模型,同时满足B9的反射率大于B8的反射率,可以提取出绿泥石、绿帘石和方解石等青磐岩化带蚀变矿物组合信息。通过与已知斑岩铜矿矿区对比和重点部位高分辨率卫星影像图佐证,发现所提取结果具有一定的可靠性,能为斑岩铜矿找矿提供重要的指示标志。(2)在境外开